大跨度异型钢结构屋盖施工质量控制

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1、大跨度异型钢结构屋盖施工质量控制　　摘要：本文通过对某市体育馆钢结构加工制作和施工安装等过程施工质量控制，创新性解决了大跨度异型钢结构的制作、拼装、变形控制、和施工监测等技术难题，使花瓣型梁和曲面网架结合的大跨度异型钢结构能够高效、安全地顺利完成。通过对此类新型大跨度钢结构施工全过程的研究和监控，为今后类似工程的实施提供了思路和参考方法取得了较好的经济和社会效益。　　关键词:大跨度；异型钢结构；屋盖；花瓣型钢构；曲面网架；施工控制　　中图分类号：TU391文献标识码：A　　1、前言　　近年来，我国建筑钢结构在材料、设计、制作、安装和检测技术方面的全面进步，以及各种技

2、术标准和规范的完善齐全，使得建筑钢结构从超高层结构、大跨度结构、空间复杂结构和预应力结构等高新结构领域实现超越式发展，为世人所瞩目。但目前国内外对于由花瓣型梁和曲面网架相组合的大跨度异型钢结构研究较少见，缺乏可借鉴的施工技术和试验数据。本文通过对某市体育馆钢结构加工制作和施工安装等过程施工质量控制，创新性解决了大跨度异型钢结构的制作、拼装、变形控制、和施工监测等技术难题，取得了较好的经济和社会效益。　　2、工程概况　　该工程项目总投资1.95亿元，占地面积150亩，建筑总面积3.027万平方米，建设高度32.8米。主体结构共三层，比赛场馆底座直径126米，馆内观众区

3、直径84米，观众座位5000个。见图1。　　　　(a)馆建筑造型(b)钢结构　　图1某市体育馆　　该工程是我国第一个采用花瓣型梁和曲面网架相结合的大跨度异型钢结构建筑，造型新颖，结构独特，受力复杂，下部建筑为钢筋混凝土框架结构承重体系，上部建筑为花瓣型梁、曲面网架和玻璃幕墙组成的钢壳体结构，屋面为球型空间网架结构。钢结构工程的主体结构竖直投影为正圆形，最大直径126m，球型空间网架结构为该建筑的同心圆，半径为41.55m，网架矢高5m。见图2。　　　　图2屋面平面布置　　3、技术难点　　结合本工程的结构特点和建筑美观性要求，使其钢结构工程富有个性。特别是花瓣型梁和曲

4、面网架钢构的构造，更显示出钢结构造型的独有魅力，同时也大幅度增加该工程的施工难度。具体难点如下：　　3.1建筑造型新颖，结构形状复杂。该工程的建筑造型为九朵花瓣的“水中莲花”，周围映衬水景景观，宛如一朵含苞欲放的出水芙蓉，傲然独立于水中央。为了实现这种造型，结构设计采用平面弧型、立面曲型的花瓣型梁与曲面网架组合的大跨度异型钢结构，结构形式复杂。　　3.2结构体量大、跨度大、空间高。主体钢结构竖直投影为正圆形，最大直径126m；球型空间网架的最大直径84m。　　3.3构件板材规格繁多，曲型构件制作难度大。钢梁、钢柱弯曲不一，其中主梁在加工制作时需要旁弯、拱弯，每根梁上

5、要进行两个方向弯曲，制作难度大；大多数钢构件无法用机械焊接，只能用手工焊接，因此焊接工作量较大。同时，大角度曲型钢构件焊接质量和变形控制也是难点之一。　　3.4花瓣型梁和曲线网架钢构现场吊装就位和空中焊接精度控制难度大。花瓣型梁钢结构的平面弧型、立面曲型，整个工程需要对上万根钢构件进行四面焊接，精确定位异常复杂；密织如网的网架构件和球节点从四周向中间合拢，安装精度控制尤为重要。　　4、施工过程控制　　通过加强对该工程钢结构加工制作和施工安装等过程施工质量控制，创新性的提出了一下施工过程控制措施：　　4.1大跨度花瓣型梁和曲型管构件焊接控制　　该工程通过采用先进的焊接

6、技术和合理的焊接顺序，成功攻克了针对该工程构件板材规格繁多，曲型构件制作难度大的技术难点。花瓣型梁的构造见图3。　　　　(a)GJ1型构件(b)GJ4型构件　　图3花瓣型梁的构造　　4.1.1焊接技术　　该工程采用施工企业自主研发的焊接工艺及控制焊接变形技术、VSR消减残余应力技术、厚度窄坡口焊接工艺技术、建筑钢结构压力埋弧焊接技术等，成功攻克了曲型管构件、花瓣型梁和网架构件的加工和制作等技术难题。　　4.1.2焊接顺序　　该工程按照先安装流水区段主要构件的安装、校正、固定，再确定构件接头的焊接顺序，并按规定顺序进行现场焊接的施工顺序进行焊接施工。接头的焊接顺序按下

7、列原则进行焊接:　　1、平面上从中部对称地向四周扩展。　　2、竖向采取有利工序协调、方便施工、保证焊接质量的原则，按照顺序构件的焊接顺序确定接头的焊接顺序。　　3、在梁的两侧对称焊接。　　4.2大跨度花瓣型钢构的拼装控制　　4.2.1花瓣型梁钢构的吊装设备选用　　1、该工程大跨度花瓣型梁钢构采60T和16T汽车吊相结合，四个吊点的施吊方式进行吊装。吊装花瓣型钢构采用如图4所示。　　2、为更好的调整钢架状态和防止钢架扭曲变形，花瓣型梁钢构吊装时采用倒链配合的方式进行吊装。　　3、吊装采用直径18mm钢芯钢丝绳，其破断拉力FO为168000N。　　　　图4花瓣型钢构